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La termodinamica IV (Presentación PowerPoint)




Enviado por Pablo Turmero



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    Distintos cortes de la misma ecuación: Compresión
    adiabática (Gp:) Esto vale en un gas monoatomico.
    Pregunta, difícil: ¿Para un gas diatomico, cuanto
    valdra gama? Existe alguna restriccion para gama

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    Constantes y variables: El ejercicio (a veces difícil) de
    saber que depende de que …

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    El experimento de Joule ¿Cuál es el balance de
    energía? ¿Cambia el volumen?¿La
    presión?¿La temperatura? ¿El proceso es
    reversible?

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    Presión del vapor es menor que la presión de
    equilibrio Presión de vapor en equilibrio es
    función de la temperatura.

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    Simulaciones

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    IV. Maquinas reversibles, Carnot, y las leyes de la
    termodinamica.

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    3 ) La génesis de las ideas fundamentales: Relacion entre
    calor y trabajo – reversibilidad… Sadi Carnot
    (1824)

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    Es imposible que un sistema pueda extraer energía en forma
    de calor de una sola fuente térmica y convertirla
    completamente en trabajo sin que se produzcan cambios netos en el
    sistema o en el medio que lo rodea. Kelvin’s way (Gp:) Es
    imposible un proceso cuyo único resultado sea transferir
    energía en forma de calor de un objeto a otro mas
    caliente. (Gp:) Clausius (Gp:) Es imposible que una maquina
    térmica funcione cíclicamente sin producir
    ningún otro efecto que extraer calor de un solo foco
    realizando una cantidad de trabajo exactamente equivalente. (Gp:)
    A la Carnot

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    Es imposible que un sistema pueda extraer energía en forma
    de calor de una sola fuente térmica y convertirla
    completamente en trabajo sin que se produzcan cambios netos en el
    sistema o en el medio que lo rodea. Kelvin’s way Es
    imposible un proceso cuyo único resultado sea transferir
    energía en forma de calor de un objeto a otro mas
    caliente. Clausius Q Ergo, una cantidad pertinente es la
    eficiencia” W

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    LA MAQUINA DE CARNOT: Entendiendo la segunda ley sin entender la
    primera. (las mejores ideas “equivocadas”
    versión 1) La producción de potencia motora
    (puissance motrice) en maquinas de vapor no se debe al consumo de
    calórico sino a su transporte de una fuente caliente a una
    fuente fría. Por analogía, cuanto mayor es la
    diferencia de temperaturas mayor la eficiencia de la maquina.
    ¡Esto de hecho es cierto!

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    LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Primer fase:
    Expansión iso-termica a temperatura T1. Se absorbe calor
    Q1 (del baño a T1) que se utilice para expandir el
    pistón.

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    LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Segunda Fase:
    Expansión adiabática. El gas se expande y la
    temperatura baja de T1 a T2. El gas pierde energía interna
    que se convierte en trabajo mecánico.

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    LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Tercer Fase:
    Compresión isotermica. El gas se comprime temperatura T1.
    El pistón entrega energía mecánica que es
    absorbida, en forma de calor por el baño a temperatura
    T2.

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    LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Cuarta Fase:
    Compresión adiabática. El gas se comprime y la
    temperatura sube de T1 a T2.

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    LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Tres preguntas:
    ¿Cuál es el resultado del ciclo? ¿Esta
    maquina, puede operar al revés? A B C D T1 T2

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    LA MAQUINA DE CARNOT: El resultado de un ciclo El trabajo
    mecánico hecho por la maquina durante la fase de
    expansión. T1 T2

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    LA MAQUINA DE CARNOT: El resultado de un ciclo El trabajo
    mecánico entregado a la maquina durante la
    compresión. (Gp:) El trabajo mecánico hecho por la
    maquina durante el ciclo. ¿De donde sale la energía
    para realizar este trabajo? ¿Se viola la segunda ley?
    (Gp:) Q2 (Gp:) Q1 (Gp:) W=Q1-Q2 T1 T2

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    LA MAQUINA DE CARNOT ES REVERSIBLE. PUEDE FUNCIONAR AL REVES T2
    T1 W Q1 Q2 El motor de Carnot T2 T1 W Q1 Q2 La heladera de
    Carnot

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    LA MAQUINA DE CARNOT: El resultado de un ciclo Expansión
    Isoterma Expansión Adiabatica Compresión Isoterma
    Compresion Adiabatica

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    T2 T1 W Q1 Q2 Idealmente (en la situación de
    “eficiencia” máxima) todo el calor de la
    fuente caliente es convertido en trabajo. Se define entonces
    eficiencia como: (Gp:) (es menor que 1 – cuanto mas cercano
    a 1, mayor conversión del calor de la fuente caliente a
    trabajo) (Gp:) Pregunta practica pertinente (que fue de hecho la
    motivación de Carnot): ¿qué determina la
    eficiencia?

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    D LA MAQUINA DE CARNOT: Calculando la relación entre calor
    y trabajo Para una maquina de Carnot operando en un gas ideal,
    puede calcularse explícitamente la relación entre
    calor y temperatura. A B C (Gp:) bbb (Gp:) ccc

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    T2 T1 W Q1 Q2 Si esta maquina es una maquina de Carnot operando
    en un gas ideal, entonces: Definición, vale siempre,
    simplemente reordenar términos (Gp:) Vale, según
    acabamos de “probar” para una maquina de Carnot
    opearndo en un gas ideal.

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    T2 T1 W Q1 Q2 De hecho, para cualquier maquina reversible, se
    tiene que: Este es uno de los resultados mas fuertes de la
    termodinámica (EL CENTRO DEL UNIVERSO TERMODINAMICO
    – SEGUN FEYNMAN). RESPUESTA A LA PREGUNTA DE CARNOT: LA
    EFICIENCIA QUEDA DETERMINADA POR EL COCIENTE DE
    TEMPERATURAS!

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    V Demostraciones termodinámicas por composiciones
    (lógicas) de Maquinas de Carnot. El motor y la heladera de
    Carnot Álgebra de maquinas de Carnot + =…

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    Kelvin’s way Clausius (Gp:) Q (Gp:) T2 (Gp:) T1 (Gp:) Q
    (Gp:) Supongamos que C no se cumple, es decir que existe una
    heladera que no consume trabajo (Gp:) W (Gp:) Q1 (Gp:) Q (Gp:) =
    (Gp:) W=Q1-Q (Gp:) Q1-Q

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    ¿Existe alguna relación entre los calores
    absorbidos y entregados por dos maquinas trabajando a iguales
    temperaturas? T2 T1 Wa Q1(a) Q2(a) T2 T1 Wb Q1(b) Q2(b) (Gp:) Si
    A y B son maquinas de Carnot operando con gases ideales entonces

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    ¿Existe alguna relación entre los calores
    absorbidos y entregados por las dos maquinas? T2 T1 Wa Q1(a)
    Q2(a) T2 T1 Wb Q1(b) Q2(b) (Gp:) Si A es reversible
    entonces

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    ¿Existe alguna relación entre los calores
    absorbidos y entregados por las dos maquinas? T2 T1 Wa Q1(a)
    Q2(a) T2 T1 Wb Q1(b) Q2(b) A es una Maquina Reversible

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    T2 T1 Wa Q1(a) Q2(a) T2 T1 Wb Q1(b) Q2(b) ¿cómo
    hacer para que opere a una unica temperatura… Para luego usar
    algun argumento de la ley C” (Gp:) Q1(b) Ciclos (de
    refrigeracion de A) (Gp:) Q1(a) Ciclos (de motor de B) (Gp:) 5
    Joules (Gp:) 4 Joules (Gp:) (4 vueltas) (Gp:) (5 vueltas)

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    T2 T1 Wa Q1(a) Q2(a) Wb Q1(b) Q2(b) ¿cuál es el
    resultado de esta maquina compuesta? Q1(b) Ciclos (de
    refrigeracion de A) Q1(a) Ciclos (de motor de B) (Gp:) T1 (Gp:) ?
    (Gp:) T2 (Gp:) Q2(b)*Q1(a) (Gp:) Q1(b)*Q2(a) (Gp:) +

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    (Gp:) T1 (Gp:) ? (Gp:) T2 ¿qué podemos decir de
    esto? (Gp:) T1 (Gp:) T2 (Gp:) Tienen que ser iguales (por primera
    ley) y en este sentido (por segunda) Q2(b)*Q1(a) Q1(b)*Q2(a) +
    (Gp:) Ninguna maquina es mas eficiente que una maquina
    reversible.

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    Jugando el mismo juego al reves (si ahora la maquina B es
    reversible) se tiene que, si ambas son reversibles entonces Es
    decir que el cociente de calores (y por ende la eficiencia…) es
    solo una funcion de la temperatura, para cualquier maquina
    reversible. ¿¿qué funcion de la
    temperatura??

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    (Gp:) El ultimo paso hacia “el centro del universo
    termodinámico” es mostrar que esta función ex
    exactamente T1/T2 y que por lo tanto, tal como ya habiamos visto
    para el caso de los gases ideales, es cierto que para cualquier
    maquina reversible: (Gp:) Independientemente de los infinitos
    elementos que puedan distinguir a todas las maquinas reversibles.
    Carnot descansa en paz.

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    (Gp:) T0 (Gp:) T1 (Gp:) W (Gp:) Q1 (Gp:) Q0 (Gp:) T2 (Gp:) T1
    (Gp:) W’’ (Gp:) Q1 (Gp:) Q2 (Gp:) T2 (Gp:) W’
    (Gp:) T0 (Gp:) Q0 (Gp:) Q2

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    T2 T1 W Q1 Q2 De hecho, para cualquier maquina reversible, se
    tiene que: Este es uno de los resultados mas fuertes de la
    termodinámica (EL CENTRO DEL UNIVERSO TERMODINAMICO
    – SEGUN FEYNMAN). RESPUESTA A LA PREGUNTA DE CARNOT: LA
    EFICIENCIA QUEDA DETERMINADA POR EL COCIENTE DE
    TEMPERATURAS!

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    Ejercitando la segunda leyPensando el equilibrio y la
    reversibilidad

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    REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Que todo sea lento …
    Que no hayan cambios abruptos … Estar todo el tiempo en
    equilibrio … Que corresponda a un punto bien definido en el
    plano P,V … Que no haya fricción … Que pueda volver
    ¿Por donde? ¿por qué tiene que ser por el
    mismo camino? ¿tiene que ser por el mismo camino?
    Empecemos por la mecánica, que es mas sencillo. Mi ejemplo
    favorito.

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    REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B
    una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa,
    versión 1: Polea con contrapeso de la misma masa.
    Velocidad inicial (pequeña), viscosidad del aire y de las
    poleas despreciables.

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    REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B
    una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa,
    versión 1: Polea con contrapeso de la misma masa.
    Velocidad inicial (pequeña), viscosidad del aire y de las
    poleas despreciables.

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